Práctica 4PLL 1. Objetivo Estudio de una red PLL y del integrado NE564, con el cual se realizarán diversas aplicaciones (modulación y demodulación de señales de FM y extracción de una portadora de AM). 2. Introducción Los PLLs (phase-lock loop) son circuitos empleados para seguir o detectar la frecuencia y la fase de la portadora de una señal de entrada. La figura 1 muestra los componentes básicos de un PLL: un detector de fase (que compara las fases de dos señales), un filtro paso baja y un oscilador controlado por tensión (VCO). Cuando la tensión aplicada a la entrada del VCO es nula (Vd = 0 V), éste genera una señal periódica de frecuencia ff . La salida del detector de fase es proporcional a la diferencia entre las fases de ambas señales (ωs t + ϑs − ω0t − ϑ0) y controla la frecuencia de oscilación del VCO. Esta realimentación tiende a igualar las frecuencias de las dos señales (fs = fo) y a establecer una diferencia de fase constante entre ambas (ϑd = ϑs − ϑ0). Cuando se verifican estas condiciones, se dice que el bucle está enganchado. El VCO sólo es capaz de sincronizarse con la señal de entrada siempre que la frecuencia de ésta sea próxima a la frecuencia de oscilación libre del VCO. Se denomina rango de captura al intervalo de frecuencias para las cuales el PLL (estando previamente desenganchado) puede engancharse. No obstante, estando enganchado el PLL puede variarse la frecuencia de la señal de entrada en un rango más amplio (si se hace lo suficientemente despacio) sin que se desenganche el bucle. Al intervalo de frecuencias para el cual sucede esto se le denomina rango de bloqueo. 2.1. Funcionamiento Figura 1: Diagrama de bloques con los componentes básicos de un PLL. 1 por lo que habrá que emplear una resistencia y una fuente de tensión externa para configurar adecuadamente los niveles de tensión de la señal cuadrada que se obtiene en esta salida. que ataca al comparador de fases. La salida del comparador de fases está conectada a la entrada del VCO. El hecho de que estos subcircuitos no estén conectados internamente permite un amplio rango de configuraciones y aplicaciones. que normalmente se conecta externamente a la salida del VCO (patilla 9). puede usarse para extraer la portadora de una señal AM introducida por la entrada.2. El circuito se alimenta a través de las patillas 1. Por tanto. se obtiene una red PLL que puede usarse para: 2 . Puesto que la salida del VCO es una señal de frecuencia igual a la de entrada. como veremos en el siguiente apartado. Finalmente. 3. mientras que las patillas 6 y 7 se emplean para introducir la señal de entrada. 3. la tensión Vd estará determinada por su frecuencia instantánea y por tanto la tensión Vd será proporcional a la señal modulante de la entrada. basta que Vd se haga igual (o proporcional) a la señal que se pretende modular y a la salida la tendremos modulada en FM. como veremos en esta práctica. 8 y 10. Por tanto.2. La tensión que controla la frecuencia de oscilación del VCO (Vd) es tanto mayor cuanto mayor sea la frecuencia de la señal de entrada (para obligar al VCO a aumentar su frecuencia de oscilación). VCO y filtro paso baja). En la figura 2 se muestra el diagrama de bloques de este circuito y la función de cada patilla. La salida del VCO (a través de la patilla 9) es un colector abierto. podemos usar el VCO para modular señales en FM. La frecuencia de oscilación libre (a la cual oscila el VCO en ausencia de señal de entrada) se fija a través de una capacidad situada entre las patillas 12 y 13. si en la entrada introducimos una señal FM. Aplicaciones El PLL tiene diversas aplicaciones. Esta portadora puede posteriormente usarse para demodular la señal de AM multiplicando ambas señales. Si cerramos el bucle de realimentación (unimos la salida del VCO en la patilla 9 con la entrada del comparador de fases). De esta forma. La otra entrada del comparador se introduce a través de la patilla 3. A través de las patillas 4 y 5 se configura externamente el filtro paso baja que está incluido en el bloque del comparador de fases. modificándose de esta forma la frecuencia de oscilación de éste. Si no cerramos el bucle. Demodulación de señales FM. 2. 1. para cerrar de esta forma el bucle que constituye la red PLL. en la patilla 14 tenemos accesible la salida del comparador de fases. Extracción de la portadora de una señal AM. Modulación FM. Descripción del integrado NE564 El circuito integrado NE564 contiene todos los bloques necesarios para formar una red PLL (comparador de fases. puesto que la frecuencia de oscilación del VCO es proporcional a la tensión Vd. a la salida del comparador de fase tenemos la señal FM demodulada. En primer lugar. se configura el circuito como oscilador. Con ésta haremos las siguientes tareas: Determinar los rangos de captura y bloqueo. Demodular una señal de FM (introducida por la patilla 6). Extraer la portadora de una señal AM. Elegir el valor de Cf de forma que la señal de salida (patilla 9) tenga una frecuencia igual a 200 KHz (ver figura 3b o expresión (2) de las hojas características).Figura 2: Diagrama de bloques y patillaje del integrado NE564. Como se indica en la figura 3. puesto que la salida En esta práctica emplearemos el integrado NE564 para realizar diversas funciones. se configurará el circuito para funcionar como un modulador de FM. del comparador de fases (patilla 14) es proporcional a la frecuencia de la señal de entrada.1. Si el bucle se deja abierto. Laboratorio Extraer la portadora de una señal AM (introducida por la patilla 6). el condensador Cf que determina la frecuencia de oscilación libre y la resistencia Rc para unir el colector abierto del transistor de salida con la alimentación. Demodular una señal FM. Para ello se deja el lazo de realimentación del PLL abierto y se obtiene la salida directamente del VCO. ya que la salida del VCO (patilla 9) es una señal cuadrada de frecuencia igual a la de la señal de entrada. además de la alimentación a través de las patillas 1. 4. los únicos elementos externos que se requieren son. Por último. Oscilador En primer lugar. comprobaremos el funcionamiento del VCO y seguidamente añadiremos los elementos necesarios para configurar la red PLL. 8 y 10. 3 . podemos usar el VCO para generar una señal de FM puesto que la frecuencia de la señal generada por éste (patilla 9) depende de la amplitud de la señal de entrada (patilla 6). 4. R = 1 KΩ. Determinar los rangos de captura y de bloqueo del PLL. 4 . introducir una señal senoidal por la entrada y visualizarla simultáneamente en el osciloscopio junto con la señal de salida. Los siguientes valores de los componentes resultan adecuados (son sólo orientativos): C1 = C2 = C3 = 22 nF. 4. Observar el comportamiento obtenido al variar la amplitud y la frecuencia de la señal modulante. a continuación configurar el circuito como una red PLL (ver figura 4). Se aconseja usar como disparo del osciloscopio la señal de sincronización del generador de señales. Variar la amplitud de la señal de entrada y repetir las medidas.2.Figura 3: El integrado NE564 configurado como oscilador. Para ello. Para ello deben añadirse las conexiones y los componentes externos necesarios para cerrar el bucle (se unen las patillas 3 y 9). 4.3. La señal demodulada se obtiene en la patilla 14. Configuración y caracterización del PLL Determinada la frecuencia libre de oscilación del VCO en el apartado anterior. configurar el filtro paso baja del PLL (condensadores C1 y C2 conectados a las patillas 4 y 5) e introducir la señal de entrada (condensador de desacoplo Cd y el filtro de polarización formado por C3 y R). Demodulador de FM Emplear el circuito anterior (figura 4) para demodular una señal de FM con portadora dentro del rango de captura y modulante senoidal de baja frecuencia. Figura 4: Configuración del integrado NE564 como PLL. 5 . que visualización de la señal obtenida en la salida del VCO (patilla 9).5. emplearemos el circuito integrado para modular una señal de entrada en FM. pero introducir una señal AM con portadora de frecuencia dentro del rango de captura. Los siguientes valores resultan adecuados para el correcto funcionamiento del circuito: R1 = R2 = 10 KΩ. Para ello. Detección de portadora de señales AM Usar el mismo circuito que en los dos apartados anteriores. resultar conveniente usar un divisor de tensión para atenuar la señal de entrada.Figura 5: NE564 configurado para modular señales en FM. Se aconseja accionar el trigger del osciloscopio mediante la señal de salida o a través de la salida de sincronización del generador. Puede debe ser una senoidal de frecuencia baja (pocos Hz) o de varios KHz para una buena 6 . ¿Qué ventajas tiene este método respecto del que multiplica la señal de AM con la procedente de un oscilador local. La portadora extraída podría emplearse para demodular la propia entrada de AM multiplicando ambas señales. 4.4. se hace uso del VCO. Finalmente. como se hizo en la práctica 3? Modulación FM 4. En la salida de la patilla 9 debe obtenerse una señal de frecuencia igual a la de la portadora. por lo que se debe eliminar la realimentación y las capacidades del filtro paso baja (ver figura 5).